高动态环境下MSINS/GNSS组合导航系统研究

摘要

目前随着常规弹箭制导化的背景需求及MEMS惯性器件的发展，组合导航系统在军事应用领域前景广阔。本文研究了MSINS/GNSS松耦合导航系统相关理论、模型以及算法，内容涵盖了MIMU，GNSS误差分析，捷联惯性导航系统解算算法，卡尔曼滤波技术以及提高系统容错能力的方法。具体研究成果如下：
　　（1）对MEMS惯性测量单元进行了误差分析，确定了MIMU的确定性误差标定方法，建立了误差参数求解方程。利用时序分析法Allan方差进行随机误差建模和分析，推导了随机误差项的微分方程求解公式。同时分析了卫星导航接收机原理及其误差特性。
　　（2）基于捷联惯性导航系统，建立导航解算数学平台，分析了捷联惯性导航数字递推方式和系统误差模型，确立了系统计算周期划分，建立了高精度的姿态更新方法以及改进的位置解算算法。
　　（3）针对MSINS/GNSS松组合模式建立了标准卡尔曼滤波和联邦卡尔曼滤波算法。通过标准卡尔曼滤波仿真分析，结果表明卡尔曼滤波技术能够有效地提高导航精度。提出了针对MIMU及GPS接收机输出数据检测的系统状态判别准则，建立了导航策略匹配机制，剔除粗大、无效误差数据，提高了量测数据可靠性和导航数据输出稳定性。设计了采用残差状态检验法进行故障检测和隔离的多级容错机制的联邦卡尔曼滤波器，提高了系统的故障诊断能力，增强系统可靠性。
　　(4)为了工程实践应用，对标准卡尔曼滤波导航策略匹配，联邦卡尔曼滤波多级容错机制进行了全弹道仿真，仿真结果表明该组合导航系统具有足够精度和容错能力，为MSINS/GNSS组合导航系统设计提供理论依据。

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1. 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2 MIMU、GNSS发展概况

1.3组合导航系统数据融合算法国内外研究现状

1.4论文主要工作与内容安排

2. MIMU与GNSS接收机误差分析

2.1惯性测量单元误差模型

2.2卫星导航定位系统及误差分析

2.3小结

3. 捷联惯性导航技术研究

3.1捷联惯性导航系统基础知识

3.2捷联惯性导航解算算法

3.3捷联惯性导航姿态更新算法

3.4捷联惯性系统误差分析

3.5小结

4. MSINS/GNSS组合导航算法研究

4.1组合导航类型

4.2标准卡尔曼滤波

4.3卡尔曼滤波器容错机制研究

4.4联邦卡尔曼滤波

4.5联邦卡尔曼器滤波容错机制

4.6小结

5. 组合导航系统容错机制仿真与分析

5.1标准卡尔曼滤波容错机制仿真分析

5.2联邦卡尔曼滤波容错机制仿真研究与分析

5.3小结

6. 总结与展望

6.1总结

6.2对未来工作的展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢